專利名稱：固體攝像器件、固體攝像器件制造方法和電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像裝置、該固體攝像裝置的制造方法、以及裝配有該固體攝像 器件的諸如照相機(jī)等電子裝置。
背景技術(shù)：
作為固體攝像器件，眾所周知的是由例如互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體 (Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)型圖像傳感器等 MOS 型圖像傳感器 代表的放大型固體攝像器件。作為另一種固體攝像器件，眾所周知的是由電荷耦合器件 (Charge Coupled Device，CCD)圖像傳感器代表的電荷傳輸型固體攝像器件。這些固體攝 像器件已廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼照相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)等中。近年來(lái)，MOS型圖像傳感器由于具 有低工作電壓和低電力消耗的優(yōu)點(diǎn)，因而已廣泛用作安裝在諸如帶有照相機(jī)的手機(jī)和個(gè)人 數(shù)字助理(Personal Digital Assistants, PDA)等移動(dòng)裝置中的固體攝像器件。MOS型固體攝像器件(下文稱作MOS固體攝像器件)是包括多個(gè)像素的器件。各 像素由用作光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管和至少一個(gè)像素晶體管構(gòu)成。這些像素以二維陣列的 方式布置著。近來(lái)，為了減小各像素中像素晶體管所占的面積以使像素小型化，已經(jīng)提出了 所謂的多像素共用部件(component-shared-by-plural-pixels)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，由多個(gè) 像素共用一個(gè)像素晶體管。在該多像素共用部件結(jié)構(gòu)中，由于為每個(gè)像素都設(shè)置的光電二 極管能夠占據(jù)較大的面積，因而能夠提高光電二極管的靈敏度。例如，在日本專利公開(kāi)公報(bào) 特開(kāi)2004-172950號(hào)、特開(kāi)2006-54276號(hào)和特開(kāi)2006-157953號(hào)中公開(kāi)了具有兩像素共用 部件結(jié)構(gòu)的固體攝像器件。另外，在日本專利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2009-135319號(hào)中還公開(kāi)了具 有2X2像素共用部件結(jié)構(gòu)的固體攝像器件。圖23是示出了具有兩像素共用部件結(jié)構(gòu)的MOS固體攝像器件的示意性結(jié)構(gòu)示例 的圖。在該固體攝像器件101中，以如下方式布置有用作光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管PDl和 PD2:該光電二極管PDl和PD2相互面對(duì)著且在它們二者之間設(shè)有浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 102。在 光電二極管PDl與浮動(dòng)擴(kuò)散部102之間隔著柵極絕緣層形成有讀出柵極電極103。在光電二 極管PD2與浮動(dòng)擴(kuò)散部102之間隔著柵極絕緣層也形成有讀出柵極電極104。晶體管Trll 由讀出柵極電極103和浮動(dòng)擴(kuò)散部102構(gòu)成，晶體管Trl2由讀出柵極電極104和浮動(dòng)擴(kuò)散 部102構(gòu)成。晶體管Trll和Trl2分別與光電二極管PDl和PD2連接。將一個(gè)共用單元限 定為這兩個(gè)分別包括光電二極管PDl和PD2的像素的組合，并且以二維陣列的方式布置多 個(gè)共用單元。為每個(gè)共用單元配設(shè)了復(fù)位晶體管Tr2、放大晶體管Tr3和選擇晶體管Tr3。復(fù)位晶體管Tr2由一對(duì)源極/漏極區(qū)域105和106以及復(fù)位柵極電極109構(gòu)成。
4放大晶體管Tr3由一對(duì)源極/漏極區(qū)域106和107以及放大柵極電極110構(gòu)成。選擇晶體 管Tr4由一對(duì)源極/漏極區(qū)域107和108以及選擇柵極電極111構(gòu)成。這些讀出晶體管 Trll和Trl2、復(fù)位晶體管Tr2、放大晶體管Tr3以及選擇晶體管Tr4都是所謂的像素晶體管。雖然圖23中未示出，但浮動(dòng)擴(kuò)散部102與放大柵極電極110及復(fù)位晶體管Tr2的 一個(gè)源極/漏極區(qū)域105連接。另一個(gè)源極/漏極區(qū)域106與電源VDD連接。另外，選擇 晶體管Tr4的一個(gè)源極/漏極區(qū)域108與垂直信號(hào)線連接。另一方面，在日本專利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2003-31785號(hào)中公開(kāi)了一種背照射型固體 攝像器件，該背照射型固體攝像器件在基板的背側(cè)(即，與基板的形成有多層布線和像素 晶體管等的那個(gè)表面相反的側(cè))上具有光接收面。在相關(guān)技術(shù)中，在MOS固體攝像器件中，浮動(dòng)擴(kuò)散部和包括讀出柵極電極的讀出 晶體管通常形成得鄰接于光電二極管的端部(作為示例，參見(jiàn)圖23)。在具有這種結(jié)構(gòu)的 MOS固體攝像器件中，當(dāng)光電二極管中的信號(hào)電荷被讀出以傳輸給浮動(dòng)擴(kuò)散部時(shí)，難以讀出 位于光電二極管的遠(yuǎn)離讀出柵極電極的那些部分中的某些信號(hào)電荷，并且可能會(huì)遺留某些 未被讀出的信號(hào)電荷。換句話說(shuō)，存在一種可能由于所謂的讀出距離DO而產(chǎn)生殘留圖像。 因此，在相關(guān)技術(shù)中，為了不遺留任何未被讀出的信號(hào)電荷，將讀出柵極電壓設(shè)成很高，結(jié) 果，電位調(diào)節(jié)的作用就能到達(dá)很遠(yuǎn)且很寬，于是能夠讀出全部信號(hào)電荷?；蛘撸瑢柡托盘?hào) 電荷量Qs設(shè)成很小，使得能夠容易地讀出信號(hào)電荷。例如，如果在光電二極管的η型電荷 存儲(chǔ)區(qū)域中把注入的η型雜質(zhì)濃度設(shè)成很低，就能夠把飽和信號(hào)電荷量Qs設(shè)成很小。例如，為了避免遺留下某些部分的未被讀出的信號(hào)電荷(這通常會(huì)導(dǎo)致高電源電 壓)的這種危險(xiǎn)，就要求諸如單鏡頭反光式照相機(jī)(single-lens reflex camera)等配有 大尺寸像素的固體攝像器件具有高的讀出柵極電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到上述問(wèn)題而做出的。本發(fā)明的實(shí)施例提供了這樣一種固體攝像器 件，其具有短讀出距離并能夠減少殘留圖像的發(fā)生，還提供了這種固體攝像器件的制造方 法以及裝配有這種固體攝像器件的電子裝置。本發(fā)明一實(shí)施例提供了一種固體攝像器件，其包括至少一個(gè)像素。所述像素包括 光電二極管、在所述光電二極管的區(qū)域中的浮動(dòng)擴(kuò)散部、以及讀出柵極電極，當(dāng)從平面圖看 時(shí)，所述讀出柵極電極至少部分地包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散部。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件中，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極有效地 包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件中，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極完全地 包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件中，所述讀出柵極電極從平面圖看時(shí)具有環(huán)形。根據(jù)本實(shí)施例，所述環(huán)形可以在寬度上始終是一致的。此外，根據(jù)本實(shí)施例，所述環(huán)形可以缺少一部分。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件中，所述讀出柵極電極從平面圖看時(shí)具有四邊形 形狀。
根據(jù)本實(shí)施例，所述讀出柵極電極從平面圖看時(shí)可以具有矩形形狀。此外，根據(jù)本實(shí)施例，所述四邊形形狀的各角從平面圖看時(shí)可以具有倒圓的棱邊。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件中，所述讀出柵極電極位于所述光電二極管的中 心區(qū)域內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部位于所述光電二極管的光學(xué)中心處。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件中，在所述光電二極管的中心區(qū)域的表面下方有 P型半導(dǎo)體阱區(qū)域，且在所述光電二極管的表面下方有另一個(gè)P型半導(dǎo)體區(qū)域。在本實(shí)施例 中，位于所述讀出柵極電極的一部分下方的連接區(qū)域把所述P型半導(dǎo)體阱區(qū)域與所述另一 個(gè)P型半導(dǎo)體區(qū)域連接起來(lái)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在所述光電二極管的表面下方有被所述光電二極管包圍著 的半導(dǎo)體阱區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述固體攝像器件是背照射型器件，在該背照射型器件中， 入射光從所述光電二極管的背對(duì)著所述讀出柵極電極的表面進(jìn)入。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述光電二極管是η型半導(dǎo)體，且在所述光電二極管的中 心區(qū)域下方設(shè)有P型半導(dǎo)體阱區(qū)域。在本實(shí)施例中，所述P型半導(dǎo)體阱區(qū)域被所述η型半 導(dǎo)體區(qū)域包圍著。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)被ρ型的所述半導(dǎo)體阱區(qū)域包圍著。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述固體攝像器件包括在所述光電二極管的每一側(cè)處的隔 離區(qū)域。在本實(shí)施例中，在這兩個(gè)隔離區(qū)域中的一者或兩者內(nèi)有附加晶體管。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述固體攝像器件包括具有多個(gè)共用單元的像素部。在本 實(shí)施例中，各所述共用單元均包括具有多個(gè)像素的第一組件部；以及具有多個(gè)像素的第 二組件部。此外，在本實(shí)施例中，在所述第一組件部與所述第二組件部之間設(shè)置有放大晶體 管。上述結(jié)構(gòu)使得從所述光電二極管的外圍邊緣到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部的讀出距離變短。 另外，當(dāng)讀出所述光電二極管中的信號(hào)電荷時(shí)，所述信號(hào)電荷被從所述讀出柵極電極的周 邊讀出至所述浮動(dòng)擴(kuò)散部。本發(fā)明另一實(shí)施例的固體攝像器件制造方法包括用于制造像素的方法。根據(jù)本實(shí) 施例，在制造所述固體攝像器件時(shí)，包括如下步驟形成光電二極管；在所述光電二極管內(nèi) 形成浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)；以及在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)周圍形成讀出柵極電極，且當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述 讀出柵極電極至少部分地包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，所述光電二極管是η型半導(dǎo)體，并且所述用于制造像素 的方法還包括如下步驟利用所述讀出柵極電極作為掩模，通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)法將P型雜質(zhì)離子 注入到所述η型半導(dǎo)體光電二極管的被所述讀出柵極電極包圍著的表面這部分中。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件制造方法中，利用所述讀出柵極電極作為掩模， 通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)法將所述半導(dǎo)體阱區(qū)域和所述浮動(dòng)擴(kuò)散部形成在所述光電二極管的區(qū)域中。本發(fā)明又一實(shí)施例的電子裝置包括光電二極管；在所述光電二極管的區(qū)域中的 浮動(dòng)擴(kuò)散部；以及讀出柵極電極，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極至少部分地包圍著所 述浮動(dòng)擴(kuò)散部。此外，根據(jù)本實(shí)施例，所述電子裝置可以具有攝像功能。
由于本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置裝配有上述固體攝像器件，因此存儲(chǔ)在該固體攝像 器件內(nèi)所含的光電二極管中的信號(hào)電荷能夠被容易地讀出并傳輸給浮動(dòng)擴(kuò)散部。本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件使得從光電二極管的外圍邊緣到相應(yīng)的浮動(dòng)擴(kuò)散 部的讀出距離變短，結(jié)果是能夠容易地讀出信號(hào)電荷，并能夠減少殘留圖像的產(chǎn)生。在本發(fā)明實(shí)施例的固體攝像器件制造方法中，由于能夠通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)法來(lái)形成半導(dǎo) 體阱區(qū)域和浮動(dòng)擴(kuò)散部，因此能以高精度制造出能夠容易地讀出上述信號(hào)電荷的固體攝像 器件。在本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置中，能夠容易地讀出存儲(chǔ)在上述固體攝像器件內(nèi)所含 的光電二極管中的信號(hào)電荷，能夠減少殘留圖像的產(chǎn)生，并能夠提高圖像質(zhì)量。因此，能夠 提供高質(zhì)量的電子裝置。


圖1是示出了 MOS固體攝像器件的示例的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖2是示出了第一實(shí)施例固體攝像器件的主要部分的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖3是沿圖2中的線III-III得到的截面圖。圖4是示出了光電二極管和讀出柵極電極的圖形的另一示例的示意性平面圖。圖5是示出了光電二極管和讀出柵極電極的圖形的又一示例的示意性平面圖。圖6是示出了光電二極管和讀出柵極電極的圖形的再一示例的示意性平面圖。圖7是示出了光電二極管和讀出柵極電極的圖形的另外一示例的示意性平面圖。圖8是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖9是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖10是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖11是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖12是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖13是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖14是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖15是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖16是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖17是示出了固體攝像器件制造方法的示例的制造工序圖。圖18是示出了第二實(shí)施例固體攝像器件的主要部分的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖19是沿圖18中的線XIX-XIX得到的截面圖。圖20是示出了第三實(shí)施例固體攝像器件的主要部分的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖21是共用單元的等效電路。圖22是本發(fā)明第五實(shí)施例的電子裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖23是示出了相關(guān)技術(shù)的固體攝像器件的主要部分的示意性結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示出了適用于本發(fā)明各實(shí)施例的MOS固體攝像器件的示例的示意性結(jié)構(gòu)圖。本示例的固體攝像器件1包括像素部(攝像區(qū)域)3和周邊電路部，在像素部3中，在 半導(dǎo)體基板11上以二維陣列的方式規(guī)則地布置有多個(gè)像素2，該多個(gè)像素2具有多個(gè)作為 光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管。半導(dǎo)體基板11可以是硅基板。像素2包括光電二極管和多個(gè) 像素晶體管(M0S晶體管)。上述多個(gè)像素晶體管例如是讀出晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶 體管。該多個(gè)像素晶體管還可以包括選擇晶體管。像素部3可包括多個(gè)以二維陣列方式布 置的單位像素，這些單位像素各自都是光電二極管與多個(gè)像素晶體管的組合。像素部3也 可以利用多像素共用部件結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)單元，由多個(gè)以二維陣列方式布置的上述多像素共 用部件結(jié)構(gòu)構(gòu)成。周邊電路部包括垂直驅(qū)動(dòng)電路4、列信號(hào)處理電路5、水平驅(qū)動(dòng)電路6、輸出電路7 和控制電路8等?？刂齐娐?接收輸入時(shí)鐘和表示操作模式的數(shù)據(jù)等，并輸出與固體攝像器件的內(nèi) 部信息有關(guān)的數(shù)據(jù)等。換句話說(shuō)，控制電路8產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和控制信號(hào)，以作為垂直驅(qū)動(dòng)電 路4、列信號(hào)處理電路5和水平驅(qū)動(dòng)電路6等利用垂直同步信號(hào)、水平同步信號(hào)和主時(shí)鐘進(jìn) 行操作的基準(zhǔn)。接著，控制電路8把這些信號(hào)發(fā)送至垂直驅(qū)動(dòng)電路4、列信號(hào)處理電路5和 水平驅(qū)動(dòng)電路6等。垂直驅(qū)動(dòng)電路4包括例如移位寄存器，并且選擇像素驅(qū)動(dòng)行，并將用于逐個(gè)像素 行地驅(qū)動(dòng)像素的脈沖發(fā)送至所選像素驅(qū)動(dòng)行。換句話說(shuō)，垂直驅(qū)動(dòng)電路4逐個(gè)像素行地掃 描像素部3的各像素2，并且把對(duì)應(yīng)于信號(hào)電荷(該信號(hào)電荷是根據(jù)由隸屬于各像素2的光 電轉(zhuǎn)換部(例如，光電二極管)接收到的光量而生成的)的像素信號(hào)經(jīng)由相應(yīng)的垂直信號(hào) 線9饋送給相應(yīng)的列信號(hào)處理電路5。例如像素部3的每個(gè)像素列都被分配有一個(gè)列信號(hào)處理電路5，并且該列信號(hào)處 理電路5以逐個(gè)像素列的方式對(duì)從隸屬于當(dāng)前掃描像素行的像素2輸出的信號(hào)進(jìn)行各種類 型的信號(hào)處理。對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行的各種類型的信號(hào)處理包括例如噪聲消除。換句話說(shuō)，列 信號(hào)處理電路5進(jìn)行例如下面列出的各種類型的信號(hào)處理用于消除像素2所特有的固定 模式噪聲(fixed pattern noise)的⑶S處理、信號(hào)放大、以及A/D轉(zhuǎn)換等。在各個(gè)列信號(hào) 處理電路5的輸出級(jí)與水平信號(hào)線10之間設(shè)有水平選擇開(kāi)關(guān)(未圖示)。水平驅(qū)動(dòng)電路6包括例如移位寄存器，并通過(guò)依次發(fā)出水平掃描脈沖來(lái)依次選擇 列信號(hào)處理電路5，并且使每個(gè)列信號(hào)處理電路5把像素信號(hào)輸出至水平信號(hào)線10。輸出電路7對(duì)通過(guò)水平信號(hào)線10依次從列信號(hào)處理電路5饋送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行 信號(hào)處理，并發(fā)送這些處理過(guò)的信號(hào)。在某些情況下，輸出電路7僅用作信號(hào)緩沖器，而在 其他一些情況下，輸出電路7對(duì)信號(hào)進(jìn)行黑電平調(diào)整、列差異修正、以及各種類型的數(shù)字信 號(hào)處理等。輸入/輸出端子12用于將信號(hào)發(fā)送到外部或者從外部接收信號(hào)。如果上述固體攝像器件1是前照射型固體攝像器件，則在基板的已經(jīng)形成有像素 部3和周邊電路部的表面上形成有多層布線層，該多層布線層具有相互之間被層間絕緣層 隔開(kāi)的多個(gè)布線。在像素部3中，在多層布線層之上的平坦化膜上形成有片上濾色器，此 外，在片上濾色器上形成有片上微透鏡。如果上述固體攝像器件1是背照射型固體攝像器件，則多層布線層不是形成在基 板的作為光入射面(所謂的光接收面)的背側(cè)上。而是，多層布線層被形成在基板的與光 接收面相反的表面上。在基板的作為光接收面的背側(cè)上隔著絕緣層形成有片上濾色器，此
8外，在片上濾色器上形成有片上微透鏡。本發(fā)明的第一實(shí)施例圖2和圖3是示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的固體攝像器件(即，MOS固體攝像器件) 的圖。圖2是示意性地示出了包括光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散部和讀出晶體管的像素的基本平 面結(jié)構(gòu)(布局)的圖。圖3是該像素的沿圖2中的線III-III得到的示意性結(jié)構(gòu)的截面圖。 本實(shí)施例是本發(fā)明適用的背照射型固體攝像器件的示例。如圖2所示，第一實(shí)施例的固體攝像器件21包括多個(gè)像素，各像素都包括光電二 極管(PD) 22、設(shè)置在光電二極管(PD) 22的區(qū)域中的讀出晶體管Trl的讀出柵極電極23以 及浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)24。浮動(dòng)擴(kuò)散部24形成在讀出柵極電極23所包圍的區(qū)域中。換句話 說(shuō)，當(dāng)從像素的平面布局來(lái)看時(shí)，讀出柵極電極23被形成為包圍著浮動(dòng)擴(kuò)散部24，并且光 電二極管22被形成為包圍著讀出柵極電極23。在本實(shí)施例中由ρ型半導(dǎo)體制成的元件隔 離區(qū)域25被形成為包圍著光電二極管22。雖然圖2中未示出，但在光電二極管22外部還形成有除了讀出晶體管Trl以外的 其他像素晶體管。像素部包括以二維陣列方式布置的多個(gè)光電二極管，各光電二極管均包 括讀出柵極電極23和浮動(dòng)擴(kuò)散部24。優(yōu)選的是，讀出柵極電極23以具有一致寬度的環(huán)狀形狀予以形成，且包圍著浮動(dòng) 擴(kuò)散部24。此外，優(yōu)選的是，如圖2所示，讀出柵極電極23以具有一致寬度(這是所謂的 柵極長(zhǎng)度)L的圓環(huán)狀形狀予以形成。優(yōu)選的是，讀出柵極電極23形成在光電二極管22的 中心區(qū)域內(nèi)，并且浮動(dòng)擴(kuò)散部24被形成得位于光電二極管22的光學(xué)中心處。通過(guò)將讀出 柵極電極23設(shè)置在光電二極管22的中心區(qū)域中，能夠縮短從光電二極管22的任意外圍邊 緣端點(diǎn)到浮動(dòng)擴(kuò)散部24的外圍邊緣的讀出距離D1。在將讀出柵極電極23形成在光電二 極管22的中心區(qū)域中的情況下，即使光電二極管22的區(qū)域是正方形形狀的，從光電二極管 22的任意外圍邊緣端點(diǎn)到浮動(dòng)擴(kuò)散部24的外圍邊緣的讀出距離Dl也是近似一致的。在本實(shí)施例中，如圖3中的像素的截面結(jié)構(gòu)所示，在光電二極管22的表面下方形 成有被光電二極管22包圍著的半導(dǎo)體阱區(qū)域，并且浮動(dòng)擴(kuò)散部24形成得被該半導(dǎo)體阱區(qū) 域包圍著。另外，該固體攝像器件21是背照射型固體攝像器件，其中入射光是從基板的背 側(cè)(即，與基板的形成有讀出柵極電極23的那個(gè)表面相反的側(cè))進(jìn)入的。因此，光電二極管 22所占的面積是其中設(shè)有讀出柵極電極23和浮動(dòng)擴(kuò)散部24的區(qū)域下方的整個(gè)面積，S卩，是 讀出晶體管Trl所占區(qū)域下方的面積。下面參照?qǐng)D3所示的截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例中，在第一導(dǎo)電型區(qū)域中形 成有元件隔離區(qū)域25。在本實(shí)施例中，η型半導(dǎo)體基板31的會(huì)形成有像素部的區(qū)域是第一 導(dǎo)電型區(qū)域，然而，該第一導(dǎo)電型區(qū)域也可以是P型半導(dǎo)體基板。另外，向每個(gè)像素都分配 了光電二極管22的區(qū)域。元件隔離區(qū)域25由第二導(dǎo)電型區(qū)域形成。在本實(shí)施例中，該ρ 型半導(dǎo)體區(qū)域在深度方向上從半導(dǎo)體基板31的表面延伸至背側(cè)，然而，該第二導(dǎo)電型區(qū)域 也可以是η型半導(dǎo)體基板。此外，在該區(qū)域是η型區(qū)域的本發(fā)明其他實(shí)施例中，該區(qū)域也可以是ρ型區(qū)域。類 似地，在該區(qū)域是P型區(qū)域的本發(fā)明其他實(shí)施例中，該區(qū)域也可以是η型區(qū)域。例如，在本 發(fā)明的各實(shí)施例中，半導(dǎo)體區(qū)域可以是η型區(qū)域或ρ型區(qū)域。光電二極管22由半導(dǎo)體基板31的被元件隔離區(qū)域25包圍著的η型半導(dǎo)體區(qū)域33和形成在該基板表面下方的高雜質(zhì)濃度ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34構(gòu)成。在基板的背側(cè)還形成 有高雜質(zhì)濃度P型半導(dǎo)體區(qū)域35。這些P型半導(dǎo)體區(qū)域34和35也抑制了會(huì)在絕緣層的邊 界處產(chǎn)生的暗電流的發(fā)生。在光電二極管22表面的中心區(qū)域下方形成有被η型半導(dǎo)體區(qū)域33包圍著的ρ型 半導(dǎo)體阱區(qū)域36。另外，在ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36表面的中心上方形成有被該ρ型半導(dǎo)體阱 區(qū)域36包圍著的浮動(dòng)擴(kuò)散部24。在ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36下方形成有η型區(qū)域37，由于在ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36附 近發(fā)生的雜質(zhì)擴(kuò)散的影響，該η型區(qū)域37的濃度低于η型半導(dǎo)體區(qū)域33的濃度。在基板 表面的下方形成有光電二極管22的電荷存儲(chǔ)區(qū)域38。電荷存儲(chǔ)區(qū)域38由η型區(qū)域形成， 并且它的濃度高于η型半導(dǎo)體區(qū)域33的濃度。均位于η型電荷存儲(chǔ)區(qū)域38與浮動(dòng)擴(kuò)散部24之間的ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36表面 側(cè)部分以及η型半導(dǎo)體區(qū)域33表面?zhèn)炔糠钟米髯x出柵極電極23的溝道區(qū)域41。該讀出 柵極電極23由ρ型或η型多晶硅形成，它隔著柵極絕緣層42位于溝道區(qū)域41上且包圍著 浮動(dòng)擴(kuò)散部24。在讀出柵極電極23的側(cè)邊上都形成有側(cè)壁43。該側(cè)壁可由絕緣層44和 在該絕緣層44上的ρ型或η型多晶硅膜45形成。側(cè)壁43可以由僅位于浮動(dòng)擴(kuò)散部24側(cè) 的絕緣層形成，或者可在浮動(dòng)擴(kuò)散部24側(cè)以及光電二極管22側(cè)都予以形成。讀出晶體管 Trl包括用作源極區(qū)域的光電二極管22的η型電荷存儲(chǔ)區(qū)域38、用作漏極區(qū)域的η型浮動(dòng) 擴(kuò)散部24、以及讀出柵極電極23。構(gòu)成光電二極管22的區(qū)域是被由ρ型半導(dǎo)體區(qū)域形成的元件隔離區(qū)域25包圍著 的整個(gè)區(qū)域，該整個(gè)區(qū)域包括在包圍著浮動(dòng)擴(kuò)散部24的ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36下方的區(qū)域。 在本實(shí)施例中，雖然光電二極管22是光電轉(zhuǎn)換部的主要部分，但浮動(dòng)擴(kuò)散部24和ρ型半導(dǎo) 體阱區(qū)域36也作為光電轉(zhuǎn)換區(qū)域。盡管圖3中沒(méi)有示出，但在光電二極管22外部的ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域中形成有除了 讀出晶體管Trl以外的其他像素晶體管。此外，在基板的已經(jīng)形成有像素部3和周邊電路 部的表面上，形成有包含被層間絕緣層隔開(kāi)的多個(gè)布線的多層布線層。另外，該多層布線層 的頂部與例如由硅制成的支撐基板粘合。在基板的已經(jīng)被定位成光入射面的背側(cè)上，隔著 絕緣層依次構(gòu)建有片上濾色器和片上微透鏡。下面說(shuō)明第一實(shí)施例的固體攝像器件21的工作。在像素的電荷存儲(chǔ)期間中，在光 電二極管22的區(qū)域中把從基板背側(cè)進(jìn)入的光47光電轉(zhuǎn)換成信號(hào)電荷(在本實(shí)施例中，該 電荷是電子)，并將該信號(hào)電荷存儲(chǔ)在η型電荷存儲(chǔ)區(qū)域38中。形成在被元件隔離區(qū)域25 包圍的整個(gè)區(qū)域(包括位于P型半導(dǎo)體阱區(qū)域36下方的區(qū)域)中的光電二極管22使得飽 和信號(hào)電荷量Qs很大。此外，用作光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36及浮動(dòng)擴(kuò)散部24 使飽和信號(hào)電荷量Qs變得更大。在上述電荷存儲(chǔ)期間中，可以向讀出柵極電極23施加負(fù)偏壓。當(dāng)施加負(fù)偏壓時(shí)， 電荷存儲(chǔ)區(qū)域38的在讀出柵極電極23下方以及在由η型或ρ型多晶硅構(gòu)成的側(cè)壁43下 方的表面部分處于空穴釘扎(hole pinning)狀態(tài)。因此，由于由多晶硅構(gòu)成的側(cè)壁45與 讀出柵極電極23電容性地相結(jié)合，因而負(fù)偏壓也被施加到側(cè)壁45上。正因?yàn)檫@種空穴釘 扎狀態(tài)，抑制了會(huì)在電荷存儲(chǔ)區(qū)域38與絕緣層之間的邊界處產(chǎn)生的暗電流的發(fā)生，并且還 抑制了白點(diǎn)的發(fā)生。
另一方面，通過(guò)基板接觸部向光電二極管22表面部分處的ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34施 加接地電位。該基板接觸部是這樣的接觸部它被配置用于向其中形成有除了讀出晶體管 以外的其他像素晶體管的P型半導(dǎo)體阱區(qū)域施加接地電位，以便使該P(yáng)型半導(dǎo)體阱區(qū)域的 電位可以保持穩(wěn)定。由于上述負(fù)偏壓，因而電荷存儲(chǔ)區(qū)域38的表面部分處于釘扎狀態(tài)，并 且成為P型半導(dǎo)體。因此，通過(guò)P型半導(dǎo)體區(qū)域34以及處于空穴釘扎狀態(tài)的上述表面部分 向P型半導(dǎo)體阱區(qū)域36施加接地電位，因此，ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36的電位是固定的。接著，在信號(hào)讀出期間中，向讀出柵極電極23施加正電壓(即，讀出電壓)，并將 存儲(chǔ)在光電二極管22的電荷存儲(chǔ)區(qū)域38中的信號(hào)電荷讀出以傳輸給浮動(dòng)擴(kuò)散部24。在 該信號(hào)讀出期間中，如圖2中的箭頭所示，將信號(hào)電荷從包圍著浮動(dòng)擴(kuò)散部24的包圍區(qū)域 讀出并傳輸給浮動(dòng)擴(kuò)散部24。與將浮動(dòng)擴(kuò)散部設(shè)在光電二極管的邊緣區(qū)域中的相關(guān)技術(shù) 像素結(jié)構(gòu)相比，能夠使從光電二極管22的外圍邊緣到浮動(dòng)擴(kuò)散部24的讀出距離Dl更短。 此外，由于從包圍著浮動(dòng)擴(kuò)散部24的包圍區(qū)域讀出信號(hào)電荷，因而能夠容易地讀出存儲(chǔ)在 光電二極管中的全部信號(hào)電荷。換句話說(shuō)，能夠讀出全部信號(hào)電荷，而不會(huì)遺留任何信號(hào)電 荷。另外，因?yàn)榭s短了讀出距離D1，并且電位調(diào)節(jié)作用容易到達(dá)光電二極管22的周 邊，因而能夠?qū)⒆x出電壓設(shè)為較低。在第一實(shí)施例的固體攝像器件21中，由于浮動(dòng)擴(kuò)散部24設(shè)置成被光電二極管22 包圍著，因而縮短了從光電二極管22的外圍邊緣到浮動(dòng)擴(kuò)散部24的讀出距離D1。因?yàn)榭s 短了讀出距離D1，所以能夠容易地讀出信號(hào)電荷，并能減少殘留圖像的產(chǎn)生。另外，由于讀 出柵極電極23形成為環(huán)狀形狀，因而可將柵極寬度W設(shè)為較大，并能更容易地讀出信號(hào)電 荷。因?yàn)槟軌蛉菀椎刈x出信號(hào)電荷，所以雖然在本實(shí)施例及相關(guān)技術(shù)這兩種情況下光 電二極管所占的面積是相同的，但在本實(shí)施例的情況下能夠?qū)⒂糜诖鎯?chǔ)光電二極管的電荷 的勢(shì)阱設(shè)成更深，并能將飽和信號(hào)電荷量Qs設(shè)成更大。參照像素的截面圖，浮動(dòng)擴(kuò)散部24被ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36包圍著，而ρ型半導(dǎo)體 阱區(qū)域36被光電二極管22包圍著。換句話說(shuō)，由于在光電二極管22的表面部分上形成有 P型半導(dǎo)體阱區(qū)域36和浮動(dòng)擴(kuò)散部24，并且該攝像器件是背照射型，因而能夠?qū)⒂糜诠怆?轉(zhuǎn)換的區(qū)域設(shè)置成較寬，并能夠增大飽和信號(hào)電荷量Qs。因此，能夠提高固體攝像器件的靈 敏度。此外，由于ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36和浮動(dòng)擴(kuò)散部24也用作光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，因而能夠 將飽和信號(hào)電荷量Qs設(shè)為較大。因?yàn)槟軌蛉菀椎匕研盘?hào)電荷讀出并傳輸給浮動(dòng)擴(kuò)散部24， 因而能夠?qū)⒆x出柵極電壓設(shè)為較低。于是，能夠把電源電壓設(shè)為較低，結(jié)果就能降低電力消耗可以考慮各種形狀的讀出柵極電極。例如，如圖4所示，能夠以四邊形形狀來(lái)形成 讀出柵極電極23，當(dāng)俯視時(shí)，該四邊形形狀與光電二極管22的形狀相似。讀出柵極電極還 可以具有矩形形狀。作為另一示例，能夠以缺少了一部分環(huán)形的圓環(huán)狀形狀來(lái)形成讀出柵極電極23。 此外，如圖5所示，當(dāng)俯視時(shí)，該讀出柵極電極能夠幾乎全部地包圍浮動(dòng)擴(kuò)散部24的周邊部 分。在此情況下，在基板的位于讀出柵極電極23的欠缺部分23A下方的表面部分處填充有從光電二極管22的ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34延伸的部分。各種形狀的讀出柵極電極能以不同的量包圍著浮動(dòng)擴(kuò)散部24。例如，讀出柵極電 極可以完全地包圍浮動(dòng)擴(kuò)散部24、部分地包圍浮動(dòng)擴(kuò)散部24或有效地包圍浮動(dòng)擴(kuò)散部24。 就其本身而言，“包圍”不意味著柵極電極要包圍整個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散部，這是因?yàn)闁艠O電極可以 包圍浮動(dòng)擴(kuò)散部的整體或部分。作為另一示例，當(dāng)俯視時(shí)，如圖6所示，讀出柵極電極23能夠形成為這樣的圓環(huán)狀 形狀在該圓環(huán)狀形狀包圍著浮動(dòng)擴(kuò)散部24的同時(shí)，該圓環(huán)狀形狀的一部分延伸至光電二 極管22的外部。讀出柵極電極23的延伸部分23B使得讀出柵極電極23能容易地與多層 布線層的布線進(jìn)行連接。在此情況下，光電二極管22的ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34可形成得延伸 至延伸部分23B的下方。圖7示出了光電二極管22的形狀的另一示例。光電二極管22被形成為正方形形 狀，且當(dāng)俯視時(shí)該正方形形狀的四個(gè)角具有倒圓的形狀。在該光電二極管22的中心區(qū)域上 形成有包圍著浮動(dòng)擴(kuò)散部24且具有圓環(huán)狀形狀的讀出柵極電極23。在光電二極管22被形 成為具有四個(gè)倒圓角的正方形形狀的情況下，從光電二極管22的任意外圍邊緣端點(diǎn)到浮 動(dòng)擴(kuò)散部24的讀出距離Dl比其他情況下的讀出距離Dl更一致，結(jié)果在整體上就能夠更容 易地讀出信號(hào)電荷。此外，浮動(dòng)擴(kuò)散部24和讀出柵極電極23可形成得稍微離開(kāi)光電二極管22的中心 區(qū)域。在此情況下，與相關(guān)技術(shù)的像素結(jié)構(gòu)相比，還是能使讀出距離更短，并且能更容易地 將信號(hào)電荷讀出并傳輸給浮動(dòng)擴(kuò)散部24。圖8 圖17示出了第一實(shí)施例的固體攝像器件21的制造方法的示例。如圖8所 示，準(zhǔn)備η型半導(dǎo)體基板31，然后通過(guò)選擇性離子注入法在該η型半導(dǎo)體基板31中形成由ρ 型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的元件隔離區(qū)域25。以預(yù)定深度將元件隔離區(qū)域25形成在基板31中。 在像素部中，各元件隔離區(qū)域25均被形成得用于包圍構(gòu)成了像素之部件的光電二極管并 包圍含有像素晶體管的像素。圖8是示出了包圍著光電二極管區(qū)域的元件隔離區(qū)域25的 圖。接著，如圖9所示，在半導(dǎo)體基板31表面上隔著柵極絕緣層42 (例如，二氧化硅 膜)形成讀出柵極電極23。在被元件隔離區(qū)域25包圍著的光電二極管區(qū)域的中心區(qū)域上 以環(huán)狀形狀(在本實(shí)施例中，是以圓環(huán)狀形狀)形成讀出柵極電極23。讀出柵極電極23由 P型或η型多晶硅形成。接著，如圖10所示，利用讀出柵極電極23作為掩模，通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)法將ρ型雜質(zhì)51 離子注入到基板的被圓環(huán)狀讀出柵極電極23包圍的表面這部分中，從而形成ρ型離子注入 區(qū)域36Α。ρ型雜質(zhì)51的離子注入能夠通過(guò)例如硼(B)注入來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該離子注入之前， 需要形成光致抗蝕劑掩模52，該光致抗蝕劑掩模52覆蓋著基板的位于讀出柵極電極23外 部的表面，并且還覆蓋著讀出柵極電極23的外側(cè)圓環(huán)狀部分。接著，如圖11所示，通過(guò)熱處理使ρ型離子注入?yún)^(qū)域36Α擴(kuò)散，從而形成從讀出柵 極電極23向下延伸的ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36。該熱處理使得在ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36的下方 形成了濃度比基板濃度低的η型區(qū)域37。接著，如圖12所示，利用讀出柵極電極23作為掩模，通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)法將η型雜質(zhì)53 離子注入到P型半導(dǎo)體阱區(qū)域36的被圓環(huán)狀讀出柵極電極23包圍的表面這部分中，從而形成η型浮動(dòng)擴(kuò)散部24。換句話說(shuō)，本實(shí)施例的浮動(dòng)擴(kuò)散部24形成在光電二極管區(qū)域的光 學(xué)中心處。同時(shí)，在η型基板的位于讀出柵極電極23外部的表面部分中形成η型電荷存儲(chǔ) 區(qū)域38。η型雜質(zhì)53的離子注入能夠通過(guò)例如砷(As)注入來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該離子注入之前， 需要形成光致抗蝕劑掩模54，該光致抗蝕劑掩模54覆蓋著由ρ型半導(dǎo)體區(qū)域形成的元件隔 離區(qū)域25。在讀出柵極電極23的下方形成溝道區(qū)域41。接著，如圖13所示，在讀出柵極電極23的側(cè)邊形成側(cè)壁43。側(cè)壁43可由絕緣層 44和η型多晶硅45形成。接著，如圖14所示，利用讀出柵極電極23和側(cè)壁43作為掩模，通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)法將ρ 型雜質(zhì)55離子注入到η型基板的表面中，從而形成ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34。結(jié)果，由均被元件 隔離區(qū)域25包圍著的η型區(qū)域33和ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34形成了光電二極管22。ρ型雜質(zhì) 55的離子注入能夠通過(guò)例如硼(B)注入來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該離子注入之前，需要形成光致抗蝕劑 掩模56，并且讓該光致抗蝕劑掩模的一部分覆蓋著浮動(dòng)擴(kuò)散部24及讀出柵極電極23的內(nèi) 側(cè)圓環(huán)狀部分，而該光致抗蝕劑掩模的另一部分覆蓋著元件隔離區(qū)域25的表面的外側(cè)圓 環(huán)狀部分。接著，如圖15所示，在基板的表面上形成多層布線層59，該多層布線層59具有相 互之間被層間絕緣層57隔開(kāi)的多個(gè)布線。另外，由例如硅制成的支撐基板60與多層布線 層59的頂部粘合。隨后，對(duì)基板31的背側(cè)進(jìn)行研磨，從而減小η型半導(dǎo)體基板31的厚度。通過(guò)減小 基板31的厚度，使得由ρ型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的元件隔離區(qū)域25到達(dá)基板31的背側(cè)，從而 完全地罩住減薄后的基板的這一側(cè)?；宓倪@個(gè)背側(cè)(即，與基板的形成有讀出柵極電極 23的那個(gè)表面相反的側(cè))將會(huì)被用來(lái)形成光入射面。接著，如圖16所示，在基板的背側(cè)上形成ρ型半導(dǎo)體區(qū)域35。進(jìn)一步地，如圖17 所示，隔著絕緣層61在基板的背側(cè)上形成片上濾色器62和片上微透鏡63，結(jié)果就能夠得到 固體攝像器件21。另外，雖然在像素部的外部形成了由CMOS晶體管等構(gòu)成的周邊電路部， 但周邊電路部的形成步驟與通常使用的步驟類似，因而省略了對(duì)那些步驟的說(shuō)明。本實(shí)施例的固體攝像器件制造方法使得浮動(dòng)擴(kuò)散部和與之關(guān)聯(lián)的部件能夠通過(guò) 自對(duì)準(zhǔn)法予以形成。更具體地，利用自對(duì)準(zhǔn)法，能夠高精度地形成浮動(dòng)擴(kuò)散部24、ρ型半導(dǎo) 體阱區(qū)域36和光電二極管22的ρ型半導(dǎo)體區(qū)域。因此，利用本實(shí)施例的固體攝像器件制 造方法，必定無(wú)疑地能夠制造出具有如下優(yōu)點(diǎn)的固體攝像器件能夠容易地讀出信號(hào)電荷、 減少了殘留圖像的產(chǎn)生、以及增大了飽和信號(hào)電荷量Qs。本發(fā)明的第二實(shí)施例圖18和圖19示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的固體攝像器件，S卩，第二實(shí)施例的MOS固 體攝像器件。圖18是示出了包括光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散部和讀出晶體管的像素的示意性平 面結(jié)構(gòu)(布局)的圖。圖19是該像素的沿圖18中的線XIX-XIX得到的示意性結(jié)構(gòu)的截面 圖。本實(shí)施例是本發(fā)明適用的背照射型固體攝像器件的示例。在第二實(shí)施例的固體攝像器件65中，在環(huán)狀讀出柵極電極23的一部分的下方形 成有連接區(qū)域66，以便將ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36與光電二極管22的ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34連 接起來(lái)，從而能夠固定該P(yáng)型半導(dǎo)體阱區(qū)域的電位。該連接區(qū)域66可通過(guò)傾斜的離子注入 法由P型半導(dǎo)體區(qū)域形成。因?yàn)槠渌Y(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例中的那些結(jié)構(gòu)相同，因而對(duì)圖18和
13圖19中的與圖2和圖3中相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示，并省略對(duì)關(guān)于這些部分的說(shuō)明。在第二實(shí)施例的固體攝像器件65中，通過(guò)ρ型連接區(qū)域66使光電二極管22的ρ 型半導(dǎo)體區(qū)域34與包圍著浮動(dòng)擴(kuò)散部24的ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36電連接。由于ρ型半導(dǎo) 體區(qū)域34被賦予了接地電位，因此通過(guò)ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34及ρ型連接區(qū)域66將ρ型半導(dǎo) 體阱區(qū)域36固定為接地電位。因此，即使向讀出柵極電極23施加的電壓從負(fù)偏壓變成正的讀出電壓，也能將浮 動(dòng)擴(kuò)散部24下方的ρ型半導(dǎo)體區(qū)域36的電位固定為接地電位且保持穩(wěn)定。第二實(shí)施例的固體攝像器件具有與關(guān)于第一實(shí)施例的固體攝像器件所述的優(yōu)點(diǎn) 相同的優(yōu)點(diǎn)，即能夠縮短讀出距離、能夠容易地讀出信號(hào)電荷、能夠減少殘留圖像的產(chǎn)生、 并且能夠增大飽和信號(hào)電荷量Qs。此外，在圖5之前說(shuō)明的像素結(jié)構(gòu)中，ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36的電位是固定的。在 圖5所示的情況下，讀出柵極電極23具有欠缺部分23Α，并且在欠缺部分23Α處填充有光電 二極管22的ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34的延伸部分。該ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34的延伸部分實(shí)質(zhì)上連 接至P型半導(dǎo)體阱區(qū)域36。因此，通過(guò)該ρ型半導(dǎo)體區(qū)域34向ρ型半導(dǎo)體阱區(qū)域36施加 接地電位，從而將P型半導(dǎo)體阱區(qū)域36的電位固定為接地電位。本發(fā)明的第三實(shí)施例圖20示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的固體攝像器件，即，第三實(shí)施例的MOS固體攝像 器件。圖20示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的像素部的布局的主要部分。本實(shí)施例是本發(fā)明適 用的背照射型固體攝像器件的示例。第三實(shí)施例的固體攝像器件87的像素部包括以二維陣列方式布置的多個(gè)共用單 元，這里，如圖20所示，每個(gè)共用單元88都包括以4行X 2列的二維陣列布置的八個(gè)像素， 這八個(gè)像素分別包括光電二極管(PD) 22 (221 228)。各光電二極管22均具有與第一實(shí) 施例相似的結(jié)構(gòu)。更具體地，各光電二極管22在其區(qū)域中都具有環(huán)狀形狀的讀出柵極電極 23和設(shè)置為被讀出柵極電極23包圍著的浮動(dòng)擴(kuò)散部24。該共用單元包括第一組件部67和第二組件部68以及設(shè)置在這兩個(gè)組件部之間的 一個(gè)放大晶體管Tr3，其中，第一組件部67包括四個(gè)光電二極管(PD) 221 224，第二組件 部68包括四個(gè)光電二極管(PD) 225 228，且這兩個(gè)組件部每一者的光電二極管都以2X2 陣列的方式予以布置。此外，如圖20所示，在第一組件部67上方設(shè)有一個(gè)復(fù)位晶體管Tr2。 放大晶體管Tr3包括放大柵極電極81、n型源極區(qū)域82和η型漏極區(qū)域83，并具有水平長(zhǎng) 的結(jié)構(gòu)。復(fù)位晶體管Tr2包括復(fù)位柵極電極84、n型源極區(qū)域86和η型漏極區(qū)域85，并具 有沿水平方向較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。此處，如圖20所示，復(fù)位晶體管Tr2被形成為橫跨到右側(cè)相鄰 的共用單元88。另外，圖20中描繪的漏極區(qū)域85是左側(cè)相鄰的共用單元88的復(fù)位晶體管 的一部分。復(fù)位晶體管Tr2和放大晶體管Tr3被共用單元88的八個(gè)像素共用。換句話說(shuō)，一 個(gè)共用單元88包括八個(gè)光電二極管和十個(gè)像素晶體管。這十個(gè)像素晶體管可分解成八個(gè) 讀出晶體管Trll Trl8、一個(gè)復(fù)位晶體管Tr2和一個(gè)放大晶體管Tr3。由ρ型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的元件隔離區(qū)域25使各個(gè)光電二極管221 228、放大晶 體管Tr3和復(fù)位晶體管Tr2彼此隔開(kāi)。由于各個(gè)光電二極管221 228的截面圖所示的其他結(jié)構(gòu)與圖2和圖3所示的那些結(jié)構(gòu)相同，因此不再贅述。多個(gè)共用單元88以二維陣列的方式布置著，并且在彼此橫向相鄰地排列著的兩 個(gè)共用單元88之間以如下方式形成有一個(gè)復(fù)位晶體管這兩個(gè)共用單元共用柵極電極84， 并且其中一個(gè)共用單元提供了源極區(qū)域86而另一個(gè)共用單元提供了漏極區(qū)域85。該復(fù)位 晶體管Tr2和放大晶體管Tr3都用于位于一個(gè)共用單元88中的八個(gè)像素。圖21是包括八個(gè)像素和十個(gè)晶體管的共用單元88的等效電路。第一組件部67 和第二組件部68的八個(gè)光電二極管22 (221 228)分別與相應(yīng)的讀出晶體管Trll TrlS 的源極相連。讀出晶體管Trll TrlS的漏極，即浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 24 (由FDl FD8表示， 并且是彼此獨(dú)立的)與該八個(gè)像素所共用的放大晶體管Tr3的柵極相連。此外，浮動(dòng)擴(kuò)散部 FDl FD8與該八個(gè)像素所共用的復(fù)位晶體管Tr2的源極相連。放大晶體管Tr3的源極與 垂直信號(hào)線70連接，放大晶體管Tr3的漏極與電源線69連接。復(fù)位晶體管Tr2的漏極與 電源線71連接，復(fù)位晶體管Tr2的柵極與被施加有復(fù)位脈沖的復(fù)位連接線72連接。讀出 晶體管Trll TrlS的柵極分別與被施加有彼此獨(dú)立的讀出脈沖的讀出連接線731 738 連接。在第一組件部或第二組件部的四個(gè)像素中使用的濾色器的布置可以是包括三原 色濾色器(紅色、綠色和藍(lán)色濾色器)的拜耳陣列。作為其他布置，也可以采用各種類型的 陣列，例如包括四個(gè)濾色器(紅色、綠色、藍(lán)色和白色濾色器)的陣列；包括互補(bǔ)濾色器的 陣列；以及包括互補(bǔ)濾色器與各原色濾色器的組合的陣列。在第三實(shí)施例的固體攝像器件87中，在構(gòu)成一個(gè)共用單元88內(nèi)的像素的每個(gè)光 電二極管22(221 228)的區(qū)域中都形成有一個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散部24和一個(gè)讀出柵極電極23。 因此，在一個(gè)共用單元88中，如上所述，能夠容易地讀出要從每個(gè)像素的光電二極管22傳 輸至相應(yīng)的浮動(dòng)擴(kuò)散部24的信號(hào)電荷，而不會(huì)遺留任何部分的未被讀出的信號(hào)電荷。同 時(shí)，由于能夠?qū)⒐怆姸O管22的電荷存儲(chǔ)區(qū)域的電位設(shè)成更深，并且本實(shí)施例是背照射型 固體攝像器件的示例，因而能夠增大飽和信號(hào)電荷量Qs。因?yàn)橐粋€(gè)共用單元88包括八個(gè)像素和十個(gè)晶體管，每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的晶體管數(shù) 量變小，因而各個(gè)光電二極管221 228的光接收面的面積以相應(yīng)的程度變大。因此，即使 將共用單元88小型化，各像素的靈敏度也不會(huì)明顯劣化，結(jié)果就能夠得到具有高靈敏度、 高質(zhì)量和高分辨率的固體攝像器件。在這個(gè)第三實(shí)施例中，在假設(shè)一個(gè)共用單元包括八個(gè)像素(該八個(gè)像素具有以 4X2陣列布置的光電二極管)的情況下進(jìn)行了說(shuō)明。然而，不必說(shuō)的是，該共用單元也可具 有不是以特別陣列布置而成的多個(gè)像素。例如，能夠采用如下的共用單元作為一個(gè)共用單 元具有十二個(gè)像素(它們具有以6X2陣列布置的光電二極管)的共用單元、具有十六個(gè) 像素(它們具有以8X2陣列布置的光電二極管)的共用單元、或8η個(gè)像素(它們具有以 4ηΧ2陣列布置的光電二極管，且η是正整數(shù))的共用單元。構(gòu)成本實(shí)施例的像素的陣列布局不限于上述示例，而是可以采用各種類型的陣 列，例如兩像素共用部件結(jié)構(gòu)的陣列、多像素共用部件結(jié)構(gòu)的陣列、像素的正方形陣列、以 及像素的傾斜陣列等。本發(fā)明的第四實(shí)施例本發(fā)明另一實(shí)施例的固體攝像器件，即第四實(shí)施例的MOS固體攝像器件是前照射型固體攝像器件的示例。盡管在附圖中沒(méi)有示出，但在第四實(shí)施例的固體攝像器件中，基本 上如前所述，以二維陣列的方式布置有多個(gè)像素，每個(gè)像素在光電二極管22區(qū)域中均具有 浮動(dòng)擴(kuò)散部24以及包圍著浮動(dòng)擴(kuò)散部24的讀出柵極電極23。就每個(gè)像素而言，在基板的 已經(jīng)形成有具有讀出柵極電極23的讀出晶體管和其他像素晶體管的那個(gè)表面上形成有具 有多個(gè)布線的多層布線層。這些布線形成在除了光電二極管的包括浮動(dòng)擴(kuò)散部24的那個(gè) 區(qū)域以外的其他區(qū)域中。另外，在該多層布線層上隔著平坦化膜依次構(gòu)建有片上濾色器和 片上微透鏡。在第四實(shí)施例的前照射型固體攝像器件中，由于浮動(dòng)擴(kuò)散部24設(shè)置成被光電二 極管22包圍著，因而縮短了從光電二極管22的外圍邊緣到浮動(dòng)擴(kuò)散部24的讀出距離。因 此，能夠?qū)⒋鎯?chǔ)在光電二極管中的信號(hào)電荷容易地讀出并傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散部，并且減少了 殘留圖像的產(chǎn)生。另外，由于以環(huán)狀形狀形成讀出柵極電極23，因此能將柵極寬度W設(shè)為較 大，并且能更容易地讀出信號(hào)電荷。因?yàn)槟軌蛉菀椎刈x出信號(hào)電荷，所以能夠?qū)⒂糜诖鎯?chǔ)光 電二極管的電荷的勢(shì)阱設(shè)為更深，并且飽和信號(hào)電荷量Qs可以更大。在本發(fā)明上述各實(shí)施例的固體攝像器件中，雖然假設(shè)信號(hào)電荷由電子構(gòu)成，但信 號(hào)電荷也可由空穴構(gòu)成。在此情況下，各半導(dǎo)體區(qū)域需要由相反導(dǎo)電類型的材料來(lái)形成。本發(fā)明的第五實(shí)施例本發(fā)明各實(shí)施例的固體攝像器件能適用于很多電子裝置。例如，本發(fā)明各實(shí)施例 的固體攝像器件能適用于例如以下的電子裝置裝配有固體攝像器件的數(shù)碼照相機(jī)、裝配 有固體攝像器件的數(shù)碼攝像機(jī)、裝配有固體攝像器件的單鏡頭反光式照相機(jī)、裝配有照相 機(jī)的移動(dòng)裝置、以及裝配有固體攝像器件的其他裝置。另外，本發(fā)明各實(shí)施例的像素能夠用在電子裝置中。本發(fā)明各實(shí)施例的像素也能 夠用在具有攝像功能的電子裝置中。圖22是作為應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置示例的照相機(jī)的框圖。本實(shí)施例的 照相機(jī)91包括光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)透鏡)92、固體攝像器件93和信號(hào)處理電路94。上述各實(shí) 施例的任何固體攝像器件都能夠被用作該固體攝像器件93。光學(xué)系統(tǒng)92把來(lái)自被拍攝物 的圖像光(入射光)聚集成固體攝像器件93的攝像面上的圖像。這使得信號(hào)電荷會(huì)在一 定期間內(nèi)被累積到作為固體攝像器件93的光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管中。信號(hào)處理電路94 對(duì)從固體攝像器件93輸出的信號(hào)進(jìn)行各種類型的信號(hào)處理，并輸出經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)。另 外，也可能的情況是，本實(shí)施例的照相機(jī)91是其中將光學(xué)系統(tǒng)92、固體攝像器件93和信號(hào) 處理電路94全部都模塊化成一體化結(jié)構(gòu)的模塊式照相機(jī)。利用本發(fā)明的實(shí)施例，不僅可以構(gòu)造出圖22所示的照相機(jī)，還可以構(gòu)造出以手機(jī) 為代表的裝配有模塊式照相機(jī)的移動(dòng)裝置。另外，圖22所示的結(jié)構(gòu)能夠作為模塊(其中將 光學(xué)系統(tǒng)92、固體攝像器件93和信號(hào)處理電路94全部模塊化成一體化結(jié)構(gòu))亦即所謂的 攝像功能模塊而予以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例使得能夠配置出裝配有這種攝像功能模塊的電
子裝置。因?yàn)楸緦?shí)施例的電子裝置裝配有上述固體攝像器件，所以能夠容易地讀出存儲(chǔ)在 固體攝像器件的光電二極管中的信號(hào)電荷，能夠減少殘留圖像的發(fā)生，并能增大飽和信號(hào) 電荷量Qs。因此，通過(guò)該裝置拍攝的圖像質(zhì)量極好，且該裝置的靈敏度優(yōu)良，結(jié)果就能夠提 供高質(zhì)量的電子裝置。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利 要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合及改變。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像器件，其包括至少一個(gè)像素，所述像素進(jìn)一步包括光電二極管；在所述光電二極管的區(qū)域中的浮動(dòng)擴(kuò)散部；以及讀出柵極電極，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極至少部分地包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散部。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極有效 地包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極完全 地包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。
4.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極具有 環(huán)形。
5.如權(quán)利要求4所述的固體攝像器件，其中，所述環(huán)形在寬度上始終是一致的。
6.如權(quán)利要求4所述的固體攝像器件，其中，所述環(huán)形缺少了一部分。
7.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，還包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體阱區(qū)域，它位于所述光電二極管的中心區(qū)域的表面下方；另一個(gè)第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域，它位于所述光電二極管的表面下方；以及連接區(qū)域，它在所述讀出柵極電極的一部分的下方，用于連接所述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體 阱區(qū)域與所述另一個(gè)第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極具有 四邊形形狀。
9.如權(quán)利要求8所述的固體攝像器件，其中，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極具有 矩形形狀。
10.如權(quán)利要求8所述的固體攝像器件，其中，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述四邊形形狀的各 角都具有倒圓的棱邊。
11.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述讀出柵極電極位于所述光電二極管 的中心區(qū)域內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部位于所述光電二極管的 光學(xué)中心處。
13.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，在所述光電二極管的表面下方有被所述 光電二極管包圍著的半導(dǎo)體阱區(qū)域。
14.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述固體攝像器件是背照射型器件，在 該背照射型器件中，入射光從所述光電二極管的背對(duì)著所述讀出柵極電極的表面進(jìn)入。
15.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述光電二極管是第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體， 并且在所述光電二極管的中心區(qū)域下方有被該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域包圍著的第二導(dǎo)電 型半導(dǎo)體阱區(qū)域。
16.如權(quán)利要求13所述的固體攝像器件，其中，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)被ρ型的所述半導(dǎo)體阱 區(qū)域包圍著。
17.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，還包括在所述光電二極管的每一側(cè)處的隔離區(qū)域；以及在該兩側(cè)的所述隔離區(qū)域中的一者或兩者內(nèi)的附加晶體管。
18.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其包括具有多個(gè)共用單元的像素部，各所述共 用單元均包括具有多個(gè)像素的第一組件部； 具有多個(gè)像素的第二組件部；以及設(shè)置在所述第一組件部與所述第二組件部之間的放大晶體管。
19.一種用于制造像素的方法，其包括如下步驟 形成光電二極管；在所述光電二極管內(nèi)形成浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)；以及在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)周圍形成讀出柵極電極，且當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極至 少部分地包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。
20.如權(quán)利要求19所述的用于制造像素的方法，其中，所述光電二極管是η型半導(dǎo)體， 并且所述用于制造像素的方法還包括如下步驟利用所述讀出柵極電極作為掩模，通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)法將P型雜質(zhì)離子注入到所述η型半導(dǎo) 體光電二極管的被所述讀出柵極電極包圍著的表面這部分中。
21.一種電子裝置，其包括像素，所述像素進(jìn)一步包括 光電二極管；在所述光電二極管的區(qū)域中的浮動(dòng)擴(kuò)散部；以及讀出柵極電極，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極至少部分地包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散部。
22.如權(quán)利要求21所述的電子裝置，其中所述電子裝置具有攝像功能。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了固體攝像器件及其制造方法和電子裝置。所述固體攝像器件包括至少一個(gè)像素。所述像素進(jìn)一步包括光電二極管；在所述光電二極管的區(qū)域中的浮動(dòng)擴(kuò)散部；以及讀出柵極電極，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極至少部分地包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散部。所述固體攝像器件制造方法包括如下步驟形成光電二極管；在所述光電二極管內(nèi)形成浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)；以及在所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)周圍形成讀出柵極電極，當(dāng)從平面圖看時(shí)，所述讀出柵極電極至少部分地包圍著所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。所述電子裝置包括上述固體攝像器件。本發(fā)明的固體攝像器件及其制造方法和電子裝置能夠縮短讀出距離，能夠容易地讀出信號(hào)電荷、減少殘留圖像的產(chǎn)生并提高圖像質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102005461SQ20101025869
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者糸長(zhǎng)總一郎 申請(qǐng)人:索尼公司